2013年度中學物理教育教學研究綜述——基于《中學物理教與學》論文轉載情況分析

張海龍 馬亞鵬

(1.中國人民大學書報資料中心,北京 100872;2.寧夏銀川市第九中學,寧夏 銀川 750011)

1 統計分析

1.1 刊物轉載排名

2013年中國人民大學書報資料中心復印報刊資料《中學物理教與學》共轉載論文210篇,分布在31種刊物上.表1是排名前9位的刊物轉載情況,其中,《物理教師》、《中學物理教學參考》、《物理教學》、《中學物理》、《物理教學探討》、《物理通報》等物理教學專業期刊轉載文章總計135篇,占總數的64.3%.

表1

1.2 作者單位、地域分布情況統計

以轉載論文第一作者統計,63.3%來自中學,18.1%來自教育科研單位,18.6%來自高校.地域分布方面,第一作者主要來自于江蘇(74篇,35.2%)、浙江(24篇,11.4%)、北京(16篇,7.6%)、廣東(13篇,6.2%)、上海(11篇,5.2%)、山東(9篇,4.3%)等地,以上占總數的70%.教育科研區域發展不均衡,由此可見一斑.

1.3 基金項目文章統計

在轉載的論文中,有33篇屬于基金項目論文,占總數的15.7%.

2 熱點概述

2.1 高中物理新課程研究

高中物理新課程走進實驗區已經近十年了,教師從學習、理解、實施新課程走向對新課程的反思.物理課標組組長廖伯琴教授在反思課程設計和調研的基礎上,對高中物理課程標準修訂提出了一些建議,認為高中物理課程“應綜合反映人類在探索自然規律過程中取得的成果,以提高學生科學素養為目標”,“應為學生提供更好的平臺,為其走向社會奠定更好的基礎,為其有個性地發展提供更多的機會”,“應加強課程標準在高考評價中的權威性,加強對高考大綱、高考方案、高考說明的審議”［1］.

邢紅軍等通過研究發現,“科學方法并未被納入各學科的課程標準中,這就使得‘科學方法’僅僅成為課程目標的‘標記’而未成為課程內容”.他們認為這是一個重大的理論問題,并對其進行了實證研究和應用研究,結果表明,“通過對科學方法進行正確分類,把‘學生可接受的方法和方法論納入課程目標體系之中’是可行的,進一步通過在教科書編寫中顯化科學方法,在教學中恰當選擇教學模式,細化教學過程,從而可以把‘過程與方法’課程目標真正落到實處”［2］.

徐君生老師分析了選修課程實施的現狀,指出選修課程實施中存在“教師知識面變窄,教學能力下滑;課堂教學‘前知識’缺乏;學生獲取的物理知識存在缺陷;高校錄取的理科生物理‘底子薄’”等問題;認為一線教師應當樹立教學絕不僅是為高考升學服務的新理念,“要精選與學生終身學習必備的基礎知識和技能”［3］.上述觀點對即將啟動的高中課標修訂工作極具參考價值.

2.2 原始物理問題教學

原始物理問題教學作為一種創新的物理教育理論,是物理教育的本真回歸.和物理習題相比,“原始問題更能訓練學生的思維能力”.首都師大邢紅軍教授近年來一直致力于原始物理問題教學研究,將原始問題的解決過程歸結為定向表征、抽象表征、圖像表征、賦值表征、物理表征、方法表征、數學表征7個層次［4］.

受邢紅軍教授的啟發,一線教師廣泛地開發蘊藏在生活生產中的原始物理問題,王建忠老師在教學中選取了來自生活、體育運動、雜技表演和交通運輸中的原始物理問題進行教學,讓學生“在神奇的自然現象和奇妙的生活面前認識物理科學方法,同時將學到的物理方法和社會實踐結合起來,讓他們體會在生產、生活中的應用,不僅可以增加學生的樂趣,還將培養學生良好的思維習慣和科學探究能力”［5］.

目前可以適用于中學物理教學的原始問題素材依然處于相對匱乏狀態,進一步加大開發力度,最終建立原始物理問題資源庫,值得我們憧憬.

2.3 概念轉變教學研究

學生在學習物理課程之前,頭腦中已經存在一些前科學概念.前科學概念有些是對客觀世界的樸素觀念,有些則與科學概念相悖,后者也稱之為迷思概念.物理教學研究者以認知心理學的理論為基礎,提出了概念轉變的教學策略,發表了很多有價值的研究成果.吳迪等認為,“前概念具有隱蔽性,所以教師要通過一定的途徑和手段來暴露前概念”［6］.具體可以通過學生的反饋信息和教學積累獲取前概念,還可以通過談話、交流、討論、問卷調查等具體方法探查.

蔣國用、張軍朋老師以自由落體運動為例,介紹了基于概念轉變的PDEODE教學策略,這一策略“以學生為中心,以教師為組織者和引導者,倡導自由表達的氛圍,首先通過實驗現象的預測來勘察學生的迷思概念,并讓他們在組內及全班的討論中解釋和反思;接著讓學生在觀察中對已有知識產生不滿,引發認知沖突;然后讓學生去思考和探討實驗現象,從心理上接受新概念,解決前概念與觀察間的矛盾,實現概念轉變,最終習得科學概念.”［7］PDEODE教學策略對我國物理教學有重大的啟示和指導意義.

特級教師周中森受伽利略《兩門新科學》中對話的啟發,“通過設計對話式系列問題,引導學生對其已有的物理前概念進行反思”［8］,提出了針對前概念的“對話式反思教學策略”,主要包括問題暴露、引導反思、分析探究和概念重構4個環節.

2.4 物理模型教學

物理學理論的形成,與物理模型的建立有著密不可分的關系.物理模型是分析、處理、解決物理學問題不可或缺的手段.因此,模型教學是物理教學的核心,是完善學生認知結果、培養科學素養和提高運用所學知識解決實際問題能力的重要手段.《中學物理教與學》在2012年第4期、2013年第10期分別以專題的形式介紹了相關研究成果.

蔡鐵權、梅尹從心理學、認識論、邏輯學、科學哲學方法論等視角對模型的概念進行了梳理,認為科學模式是指“人們按照科學研究的特定目的,在一定的假設條件下,用物質形式或思維形式再現原形課題的某種本質特征”［9］.并將物理模型分為天然模型、數學模型、對象模型、空間模型、過程模型、條件模型、狀態模型、對稱模型、關聯模型等.他們認為,模型具有“相似性與簡單性統一,可檢驗性,多種知識和方法的綜合運用”等特點,建構模型需要遵循“科學性和猜想性的統一,抽象性和形象性的統一,多樣性和易變性的統一”的原則.對于物理模型建構的方法,兩位老師總結了量綱分析法、近似、簡化、抽象化、假說、類比、唯象模型(表現得像是……)、微元法、等效替代法、理想化方法、示教性模型(非定量證明但卻提供見識)等.對模型的教學功能也進行了探討,認為模型在物理教學中可以“促進認知發展,……理解科學本質,改革教學方式”,同時指出模型方法的局限性,即模型過于簡化.

模型教學過程一般包含建立模型、檢驗和完善模型和應用模型3個階段.徐敏娜老師采用“知法并行”教學模式顯性進行模型教學,提出了模型教學的新思路.她認為,“進行建立模型的教育需要與本節課的知識教學相結合,將知識的學習作為載體,按照模型建立所展示的思路去組織教材,安排教學進程”［10］.

2.5 物理教學心理研究

基于心理學(學習心理學、認知心理學、教學心理學)的物理教學建立在經過實證研究獲得的學習規律基礎之上,認為學習目標是預期的學習結果,教學是教師引起、維持、促進學生學的行為,教師在教學時,應當深刻把握學習的認知發展規律,創設適合學生學習的條件和環境,幫助學生完成對知識的建構過程.

華東師范大學的陳剛博士長期致力于科學課程學習心理及教學理論的研究,他借助學習心理學對問題解決的研究,對探究式教學的實質及實施策略進行了分析,認為“科學探究本質上是一個問題解決的過程,一個問題的最終解決依賴于一系列子問題的解決……只有那些課題中包含的問題,其解決需要運用分析等較復雜的思維活動,且解決有比較明確的思路或策略,才可以設計為探究式教學”［11］.在文獻［12］中,陳剛博士從心理學的角度分析了“情感、態度和價值觀”三者的關系及學習機制,認為“態度是可以習得的學習結果,情感并不是學習結果,只是態度的一種成分,價值觀是態度學習的一個階段,而非獨立于態度的學習結果”.因此,教師可以應用心理學對態度學習的研究成果,在物理學科教學中培養學生的科學精神.具體做法有:一是從影響態度的認知因素或行為傾向因素兩個方面入手,通過替代和親歷學習的方式來幫助學生形成科學精神;二是從影響學生態度的行為傾向因素入手,來幫助學生形成態度及行為.

浙江師大蔡鐵權、梅尹應用視覺表征手段研究物理教學中知識可視化的方式,認為知識可視化的本質“在于將人們的個體知識用各種圖解工具以圖示的形式表達出來,由此增進知識的傳遞和創新”［13］.知識可視化具有直觀化、結構化、深度化、本質化、高效化、優質化等特征.在物理教學中常用的知識可視化的工具有概念圖、思維導圖、思維地圖、概念卡通、觀念地圖、知識地圖、語義網絡等.知識可視化研究對新課程下學生學習方式的轉變有較大的借鑒意義.

廣東陳堅老師深切地考察了大班額情境下學生的學習狀況,以加涅、布盧姆、奧蘇伯爾等人的教育心理學研究成果為理論依據,提出了面向全體學生認知準備狀態的“起點狀態”教學策略,這一策略是指采用“人工”處理的辦法,有意識地“拉齊”教學策略.在教學設計中,要注意以下幾點:

(1)一定要以反饋的方式檢測全班學生的起點情況,要將判斷建立在事實依據上,以確保判斷的準確性,不能只憑感覺.

(2)要合理運用拉齊起點的具體操作方法,努力做到既高效又實用.

(3)對于復雜的、難度大的教學內容,可能要多次運用教學起點策略.［14］

學生學習心理研究是基礎.薛夏炎老師對學生物理知識“提取困難”現象的成因進行了心理學分析,認為學生物理學習過程中的“提取困難”有四種常見的情形:“不能及時提取相關知識,不能獨立提取相關知識,不能有效提取相關知識,不能準確提取相關知識”.認為造成“提取困難”的相關因素有“對知識的熟悉程度,對知識的強化程度,掌握知識的有序程度和對知識的理解程度”,克服“提取困難”可以從知識的形成、儲存和檢索3個方面去考慮.［15］

2.6 物理教學設計

優秀教師的教學設計案例在各物理教學類專業期刊上都占一定比例,正是通過案例的交流,促進了廣大教師的專業發展.浙江的何賽君老師認為一個完整的教學設計應當包含基本信息、前期分析、三維目標的闡明、教學的重難點、教學環境的創設、教學過程設計和課堂評價設計等要素.教師的教學設計技能形成應該遵循“無范→有范→無范”的實踐歷程,在規范的基礎上實現創新.他認為,“利于學生經驗的學習環境設計是當前教學設計的主要環節,此其一;提倡自主、合作、探究以及結合學科特點,基于知識分類思想的體驗性認知教學模式是教學過程的核心創新,這是其二;教學設計的創新之三是設計方案的形式可以靈活多樣”［16］.

王長江、李衛東兩位學者提出了區別于傳統教學設計的方法:概念為本的教學設計［17］.在科學探究的教學設計中,張世成老師認為科學探究的各個環節中都包含了一個重要的因素——證據意識.他提出“應基于學生證據意識的培養設計教學,保障學生對證據的關注”,具體做法如下:

(1)教材分析——分析探究任務,確定學習目標.

(2)評價促學——設計評價量表,組織學生自評和教師互評.

(3)教學組織——設計探究活動,促進理解發生.

(4)促成反思——抓住關鍵事件,提升證據意識對“問題數據”的處理.［18］

另外,教學設計中的前期分析尤為重要,加涅的學習任務分析技術是前期分析的重要方法之一,趙躍文老師在文獻［19］中,以詳實的案例展示了加涅任務分析圖表在中學物理教學中的應用.

2.7 物理學史教育

物理學史是物理文化的重要組成部分,隨著HPS教育理念的興起,物理學史教育逐漸得到普遍重視,《中學物理教與學》分別于2011年第4期、2013年第4期以專題的形式介紹了教師們的研究成果.

首先是教科書中的物理學史研究.胡揚洋等人研究了物理教材中引入科學史的內容、方式和功能,認為教學用科學史分為科學史故事、科學思想史和科學史觀3個級次,不同級次的內容編寫方式和教育功能不同.科學史故事應追求“豐滿”,避免失實,可以全面促進物理教材的生態化;科學思想史應凸顯科學方法,增加宏觀史料,為科學方法教育開辟新途徑;科學史觀應以“滲透”為主,立足于教師培訓,以保障學生的科學觀健康發展.［20］張正嚴、武小琴老師比較了3個版本物理科學書中科學家素材選用的內容與方式.［21］

其次是對物理學史教育功能的再認識.陸良榮老師認為在物理教學中適當結合物理學史“可以幫助學生深入理解物理概念,糾正錯誤觀念;可以促進學生充分認識實驗在物理學中的地位和作用;有助于學生了解物理學的基本觀點和思想;可以幫助學生去理解科學的探究本質,進行科學方法和科學思想的熏陶,形成知識的相對觀和發展觀”［22］.

再次是物理學史教學模式研究.如高礦老師采用HPS教學模式進行原子核式結構模型的教學,經歷了創設情境——引出觀點——學習歷史——設計實驗、科學探究——呈現科學觀念和實踐檢驗——總結評價6個環節.［23］李寧老師根據教學實踐歸納了將物理學史引入到教學中的四種模式:“呈現——總結”模式、“沖突——統一”模式、“探究——發現”模式和“自學——交流”模式.［24］

3 啟示與展望

從轉載情況來看,物理教育教學研究隊伍不斷壯大,教師參與教學研究的積極性逐步提高,研究領域不斷擴展,研究成果由經驗總結式的“就事論事”轉向理論指導下的行動研究或“就理論理”,高水平研究論文增多.目前,主要存在的問題是教師的研究缺乏系統性,同一作者對同一問題的系列研究過少;高校物理教育研究者和一線教師的合作研究不夠,相互溝通欠缺,使得研究成果不能及時轉化為教學實踐;實證研究的水平和質量亟待提高.我們認為,下面幾個問題,需要進一步深入研究.

3.1 科學探究和科學本質研究

課程標準將課程的目標定位為提升全體學生的科學素養,物理教育有義務讓學生理解科學,認識科學的本質和價值.科學本質和科學素養統一于科學探究.因此,提高學生的科學探究能力是包括物理教育在內的科學教育的追求之一.目前,對探究學習的理論研究還不夠豐富和深入,缺乏對教學實踐有力的指導,正如郭玉英教授所言,“目前科學探究教學存在的問題就是如何讓教師們從科學探究的本質上去理解探究,不要將探究理解成一些形式化的步驟”［25］.

3.2 教育心理科學理論在物理教學中的應用

對物理教師的學科教學知識(PCK)研究表明,“PCK是教師專業知識中最核心的知識,發展教師的學科教學知識是教師專業成長的關鍵”［26］.物理學科知識、物理課程知識和物理教學知識是物理學科教學知識的內核,建構物理教師的學科教學知識,除了對實踐經驗的反思之外,還要進行物理教學研究.教師要有意識地將教育科學、心理科學(教育心理、學習心理、認知心理、教學心理)的理論與物理教學的需要相結合,經過深度整合,建立對物理教學規律性的認識,進而指導教師的教學實踐.

3.3 基于課程標準的物理教學研究

課程標準是教材編寫、教學、評估和考試命題的依據,新課程改革已實施十余年,但從課程實施的現狀看,“教學、評估和考試命題的依據不是課程標準,而更多的是考綱及考試說明”［1］.另一方面,課程標準規定的是對學生物理學習結果的基本要求,限定的是學生的學習結果而非教學內容.因此,課程標準因缺乏可操作性而未能得到教師的足夠重視,對基于課程標準的物理教學設計、教學評價和教學實施研究不夠,需要進一步拓展和深入.

3.4 基于教學實踐的教材研究與再開發

物理課程實施要從基于教師經驗或教科書取向走向基于標準的教學,需要教師努力提升開發和優化課程資源的能力.其中,創造性地使用教科書,實現教師的教學由“教教材”向“用教材教”的轉變尤為重要.因此,物理教科書的研究要與物理教學實踐相結合,為教師提供“用教材教”的范例,引導教師對教材進行“二次開發”.如王較過教授“以滬科版高中《物理1》為例,研究了教材中科學探究內容的呈現方式和分布情況,提出了教師在教學中實施科學探究的有效策略”［27］.

3.5 物理教育與人文教育的融通

物理學是現代自然科學的基礎,物理教育也是素質教育的重要組成部分,傳統的物理教育受唯科學主義思潮和工具理性的影響,遮蔽了其人文教育功能.時代呼喚物理文化、物理教育與人文文化的融通.物理教育研究者要“深入探討和發掘物理學自身所蘊含的人文價值,將其轉化為基本的教育資源,并且探索最優化的教學模式促進學生發展.這是物理教育研究最薄弱的部分,也是當前科學教育界所缺失和忽視了的.物理教育人文本質問題的研究必然是回到物理學本身,研究物理學自身及其研究過程和發展歷程中所體現出來的人文價值.”［28］

1 廖伯琴.高中物理新課程的反思與課標修訂建議［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):23－28.

2 邢紅軍,陳清梅,胡揚洋.科學方法納入課程標準:基礎教育課程改革的重大理論問題［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(10):3－9.

3 徐君生.高中物理選修“尷尬”二三事［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(12):27－30.

4 熊小青,邢紅軍,喬通.原始問題教學:物理思維方法教育的新途徑——以自動稱米機為例［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(1):3－6.

5 王建忠.物理教學中要加強物理原始問題的訓練［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(1):6－9.

6 吳迪,李賀,朱俊孔.前概念和相異構想的理解及啟發［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(3):14－15.

7 蔣國用,張軍朋.基于概念轉變的PDEODE策略在物理教學中的應用［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(5):23－26.

8 周中森.淺談針對物理前概念的“對話式反思教學模式”［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(3):10－13.

9 蔡鐵權,梅尹.模型、建模與物理教學［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(10):10－16.

10 徐敏娜.采用“知法并行”教育模式顯性進行模型法教學［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(10):17－21.

11 陳剛.試論探究式教學的實質及實施策略——學習心理學的視角［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(5):6－8,22.

12 陳剛.試論物理課程“情感態度與價值觀”目標和實現［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(7):3－8,52.

13 蔡鐵權,梅尹.促進中學物理教學的知識可視化［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(9):3－7.

14 陳堅.高效物理課堂的“教學起點”策略［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(9):19－21.

15 薛夏炎.物理知識“提取困難”現象的成因及對策［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(10):56－59.

16 何賽君.高中物理教學設計的規范和創新［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(8):25－30.

17 王長江,李衛東.概念為本的教學設計:理論框架與實施建議［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(2):38－41.

18 張世成.基于證據意識培養的學與教的設計——以“物質的密度”教學為例［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(9):35－37.

19 趙躍文.例談加涅任務分析圖表在中學物理教學中的應用［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(9):30－32.

20 胡揚洋,陳清梅,邢紅軍.物理教材引入科學史的新觀點［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):3－7.

21 張正嚴,武小琴.高中物理教材中科學家素材選用的內容與方式［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):16－20.

22 陸良榮.物理學史科學教育功能再認識［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):8－9,52.

23 高礦.HPS教學模式在高中物理教學中的應用——以原子核式結構模型的教學為例［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):13－15.

24 李寧.淺談物理學史在初中物理教學中的實踐研究［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(4):10－12.

25 林靜,馬贊.關注物理大概念,發展學生的科學整體觀——北京師范大學物理學系郭玉英教授專訪［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(6):3－6.

26 吳加澍.中學物理教師的學科教學知識［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(3):45－51.

27 王較過,陳鮮艷.高中物理教科書科學探究內容的呈現方式及實施策略［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(3):20－24.

28 馬亞鵬.物理教育的人文本質［J］.復印報刊資料·中學物理教與學,2013(12):3－6.